电力设备温度在线监测技术解决方案探讨

电力设备温度在线监测技术解决方案探讨

电力设备过热的主要原因是过电流，单仅仅监视电流不能准确反映设备是否超温，因为温度是各种因素影响的综合反映。电力设备导电连接处、插接处的电接触状况不良是引起该处温度过高的重要原因，即使在正常电流下也会超过最高允许温度。据统计，电网中因母线接触不良导致的故障占全部故障的10%，因此连接处和插接处是在线监测的主要部位。
原国家电力工业部颁布《带电设备红外诊断技术应用导则》主要应用热成象手段和红外诊断技术对6kV以上电力设备表面温度场进行检测和诊断，为检修提供依据。由于红外检测只能检测到设备表面温度，如果红外辐射受阻挡，就只能检测到热辐射的温度“投影”，而不能检测到内部缺陷部位的真实温度。红外检测属离线监测，不能反映温度的变化过程和及时发现设备异常。温度在线监测能及时发现设备内部发热缺陷，发挥其测温准，能预警、通信、直接判断、使用方便等优势。

1 常用温度在线监测相关产品存在的不足
1.1 干式变压器绕组温度在线监测用温控器
温控器采用铂电阻作传感器，由于它无绝缘，进行耐压试验时必须将传感器与温控器分离，而实际运行中的过电压常损坏温控器；它的引线耐热不能满足干式变二次侧短路时，动热稳定350℃高温要求，传感器常烧坏。
1. 2电力变压器油温在线监测的压力式带电阻式温度计
该温度计采用铂电阻作传感器，由于其自身电阻值太小，受引线电阻影响较大。特别是引线中多个接线端子接头电阻在运行中因氧化、松动、检修等引起变化是无法进行温度补偿的。所以普遍存在显示油温值与实际油温偏差过大的通病，影响显示温度值的可信度，又没有多部位油温监测，急需替代产品。

2 急需温度在线监测的电力设备及其部位
2.1 中压开关设备
中压开关设备除老设备外，多数是封闭式结构，还带防误闭锁。运行时不能打开遮挡红外辐射的门或盖板进行红外检测。设备内部导电的接头和插头在运行、动作过程会因电磨损、机械操作和短路电动力引起机械振动等原因使接触电阻增加，引起温度升高，加剧接触表面氧化，造成设备重大故障。开关设备最经常发生故障的是手车触头和进出线端电缆连接处。
2.2 干式变压器中压绕组
随着电力设备发展，出现110kV高电压干式电力变压器和铁路系统专用的干式变压器。其二次侧为6～10kV等级，还有一些二次侧电压高于660V的特殊干式变压器，对它们二次绕组温度监测还尚无可靠的在线监测产品。
2.3 柱上变压器（公用变）低压出线端
公用变受户外环境影响，二次侧多数无保护，常出现烧毁事故。据统计，主要原因是出线端过热引起的。《电力变压器运行规程》中第5.1.4条变压器日常巡视检查内容中规定，其引线接头、电缆、母线应无发热迹象。以往是通过人为目测、滴水、观察套管是否漏油等办法进行判断。由于巡查工作量大，容易被忽视，造成公用变突发事故。当变压器三相负载严重不平衡时，过大的中线电流经偏小的变压器中线出线端，如果出线端接触又不良，则容易因发热被烧断，导致大量家用电器损坏。因此急需对其进行温度在线监测。
2.4 箱式变电站
国内制造的箱式变是将相关设备组合在全封闭的箱体内，大多数未进行成套性设计、试验。因封闭、甚至多重封闭，结果影响设备散热。又由于设备降容幅度难以合理确定，均可能导致内部设备超温。国家电力公司在箱式变电站招标书中要求变压器、高低压电器所有设备的运行温度不超过其最高允许温度。这就需要对它们进行温度在线监测。目前箱式变一般仅对变压器油温进行检测并随其温度变化自动投切通风机。由于没有相应的产品配套，对变压器出线端、低压开关和高压开关进出线端的温度均没有按要求进行温度在线监测。
2.5 电缆的接头和电缆终端与电器设备的连接处
电缆的接头处多为现场制作，如果制作、安装不到位经运行容易发生电接触问题而超温。从表1中发现电缆长期允许温度比电器外部导体连接端的最高允许温度低15～40℃。由于两者标准的差异，使得电缆经常承受电器高温的危害，所以电缆与电器连接处成为薄弱环节，需重点防患。尤其需要对高压开关柜的进出线端电缆连接处进行温度在线监测。

3 温度在线监测的两种方式
现有温度在线监测方式主要有两种：红外辐射的非接触式和采用热敏器件的接触式测温。非接触式红外传感器由于受环境、湿度、大气压的影响较大，红外辐射受遮挡就无法准确测量，使用有很大局限性。而接触式的传感器直接与测温点相接触，受环境因素干扰小，可实现准确、快速温度检测。
现有接触方案的不足：采用热电偶作传感器时，由于热电偶冷端不可能保持在0℃，在室温下测定要加冷端补偿。在实际测量中热端与冷端间距较远时，还需要采用补偿导线。
采用光纤传感器，包括发射端、接收端、连接器和光纤。光纤传感器如何安装走线很成问题。光纤传输信号方案并不容易做到高低电位的完全隔离，当发射端安装高压端时，对地绝缘的问题也无法解决。
采用电阻式传感器直接接触测量，在高电位用有线输送信号，简单运用空气间隙隔离高低电位，通过红外光电转换传输温度信号是一个不错的办法。但红外发射、接收管外露，长期使用会落灰尘、污秽，使得信号传输的可靠性逐渐变差，影响测量值也是一个很难解决的问题。另外还必须进行现场专业安装调试，使用的便利性上不理想。

4. 温度在线监测装置的技术关键
（1）在低压系统检测主要技术是解决温度传感器绝缘又导热问题。在高压系统检测必须有效解决高电压窜入低电压系统的问题。因为感温元件在高压端，检测处理的控制单元在低压系统。所以技术核心是实现高压端与低电压系统的电位可靠隔离。
（2）温度传感器（包括其引线）必须满足高温测量的稳定性和耐热性要求。因为它除了承受异常超温外，还必须耐受短路大电流的动、热稳定电流冲击时所产生的短时高温而不被损坏。
（3）测温无补偿才能达到测温准确的要求。